CHƯƠNG II THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC PHÂN ĐOẠN DẦU MỎ

Quan hệ giữa thành phần và tính chất sử dụng của các phan đoạn dầu mỏ
1
Chương II
THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC
PHÂN ĐOẠN DẦU MỎ

Dầu mỏ, khi muốn chế biến thành các sản phẩm đều phải được chia nhỏ
thành từng phân đoạn hẹp với các khoảng nhiệt độ sôi nhất định. Những phân
đoạn này được sử dụng để sản xuất một hoặc một vài loại sản phẩm nhất định nên
chúng được mang tên các sản phẩm đó. Thông thường, dầu mỏ được chia thành
các phân đoạn chính sau đây:
- Phân đoạn xăng, với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180
o
C
- Phân đoạn Kerosen, với khoảng nhiệt độ sôi từ : 180-250
o
C
- Phân đoạn Gas-oil, với khoảng nhiệt độ sôi từ : 250-350
o
C
- Phân đoạn dầu nhờn (hay còn gọi phân đoạn Gasoil nặng), với khoảng
nhiệt độ sôi từ 350-500
o
C
- Phân đoạn cặn (Gudron), với khoảng nhiệt độ sôi > 500
o
C.
Chú ý: Các giá trị nhiệt độ trên đây không hoàn toàn cố định, chúng có thể
thay đôi tuỳ theo mục đích thu nhận các sản phẩm khác nhau.
Trong các phân đoạn trên, sự phân bố các hợp chất hydrocacbon và phi
hydrocacbon của dầu mỏ nói chung không đồng nhất, chúng thay đổi rất nhiều khi

đi từ phân đoạn nhẹ sang phân đoạn nặng hơn, vì vậy tính chất của từng phân đoạn
đều khác nhau. Hơn nữa, các loại dầu m
ỏ ban đầu đều có tính chất và sự phân bố
các hợp chất hữu cơ trong đó cũng khác nhau, cho nên tính chất của từng phân
đoạn dầu mỏ còn phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính hoá học của loại dầu ban đầu
nữa.

Quan hệ giữa thành phần và tính chất sử dụng của các phan đoạn dầu mỏ
2
II.1. Thành phần hoá học các phân đoạn dầu mỏ.
II.1.1. Phân đoạn xăng
Với khoảng nhiệt độ sôi như đã nói trên, phân đoạn xăng bao gồm các
hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C
5
đến C
10
, ba loại
hydrocacbon: parafin, naphten và aromatic đều có mặt trong phân đoạn xăng. Hầu
như tất cả các chất đại diện và một số đồng phân của các parafin, cycloparafin
(cyclopentan và cyclohexan) và aromatic có nhiệt độ sôi đến 180
o
C đều tìm thấy
trong phân đoạn này. Tuy nhiên, thành phần cũng như số lượng của các
hydrocacbon trên thay đổi rất nhiều theo từng loại dầu. Đối với dầu họ parafin,
phân đoạn xăng chứa rất nhiều hydrocacbon parafin, trong đó các parafin mạch
thẳng thường chiếm tỷ lệ cao hơn các parafin mạch nhánh. Các parafin mạch
nhánh này lại thường có cấu trúc mạch chính dài, nhánh phụ rất ngắn (chủ yếu là
nhóm metyl) và số lượng nhánh r
ất ít (chủ yếu là một nhánh, còn hai và ba nhánh
thì ít hơn, bốn nhánh thì rất hiếm hoặc không có).

Đối với dầu họ naphtenic, phân đoạn xăng lại chứa nhiều hydrocacbon
naphten, nhưng thường những chất đứng vào đầu dãy đồng phân (cyclopentan và
cyclohexan) lại thường có số lượng ít hơn các đồng phân của chúng. Những đồng
phân này có đặc tính là có nhiều nhánh phụ, nhánh này thường loại ngắn (như
metyl) chiếm phần lớn. Do đó, với những
đồng đẳng của cyclopentan và
cyclohexan, nếu khi số cacbon trong phần nhánh phụ là 2 thì số lượng loại đồng
phân có hai nhánh phụ với gốc metyl sẽ nhiều hơn loại đồng phân có một nhánh
phụ dài với gốc etyl. Tương tự, nếu trong phần nhánh phụ dài với gốc etyl, thí dụ
của cyclopentan, là 3 nguyên tử cacbon, thì số lượng trimetyl cyclopentan bao giờ
cũng ít hơn cả.
Các aromatic có trong phân đoạn xăng thường không nhiều nhưng quy luật
về s
ự phân bố giữa benzen và các đồng phân của nó, thì cũng tương tự như các
naphten.
Quan hệ giữa thành phần và tính chất sử dụng của các phan đoạn dầu mỏ
3
Quy luật chung về sự phân bố hydrocacbon các loại kể trên trong phân đoạn
xăng thường gặp ở những loại dầu có tuổi địa chất khác nhau như sau: dầu ở tuổi
Kairozôi (cận sinh, dưới 65 triệu năm) trong phân đoạn nặng thường có hàm lượng
hydrocacbon naphtenic cao, còn dầu ở tuổi Mesozôi (trung sinh, từ 65-250 triệu
năm) hàm lượng naphtenic giảm dần trong phân đoạn xăng, và cho đến tuổi
Palcozôi (cổ sinh, từ
250-600triệu năm) hàm lượng naphtenic trong xăng là bé
nhất. Đối với các hydrocacbon parafin, thì hình ảnh lại ngược lại, dầu ở tuổi cổ
sinh xăng có hàm lượng parafin cao nhất, còn dầu ở tuổi cận sinh, xăng có hàm
lượng parafin thấp nhất. Điều đáng chú ý là ở loại xăng của dầu cận sinh tỷ lệ các
iso parafin bao giờ cũng rất lớn, so với các n-parafin và dầu ở tuổi cổ sinh thì
ngược l
ại. Thành phần trung bình của các loại xăng từ những loại dầu mỏ khác có

thể thấy như sau:
Thành phần trung bình các hydrocacbon trong phân đoạn xăng (<200
o
C) của các
loại dầu mỏ.
Tuổi địa chất Parafin
Nguyên đại Triệu năm
Thơm Naphten
n-parafin i-parafin Tổng cộng
Cận sinh
Trung sinh
Cổ sinh
< 65
65-250
250-600
17
9
11
49
27
21
9
30
32
25
34
36
34
64
68

Một số quy luật khác về sự phân bố các hydrocacbon trong phân đoạn xăng
có tính chất tương đối phổ biến là ở nhiệt độ sôi càng thấp, hàm lượng
hydrocacbon parafin bao giờ cũng rất lớn, và ở nhiệt độ sôi càng cao, thì
hydrocacbon loại này sẽ giảm dần, nhường chổ cho hydrocacbon naphtenic và
thơm.
Quan hệ giữa thành phần và tính chất sử dụng của các phan đoạn dầu mỏ
4
Ngoài hydrocacbon, trong số các hợp chất không thuộc họ hydrocacbon
nằm trong phân đoạn xăng thường có các hợp chất của S, N
2
và O
2
. Các chất nhựa
và asphalten không có trong phân đoạn này.
Trong số các hợp chất lưu huỳnh của dầu mỏ như đã khảo sát ở phần trước,
thì lưu huỳnh mercaptan là dạng chủ yếu của phân đoạn xăng, những dạng khác
cũng có nhưng ít hơn. Các hợp chất của nitơ trong phân đoạn xăng nói chung rất
ít, thường dưới dạng vết, nếu có thường chỉ có các hợ
p chất chứa một nguyên tử N
mang tính bazơ như Pyridin. Những hợp chất của oxy trong phân đoạn xăng cũng
rất ít, dạng thường gặp là một số axit béo và đồng đẳng của phenol.
II.1.2. Phân đoạn kerosen và gas-oil
Phân đoạn Kerosen với khoảng nhiệt độ sôi từ 180-250
o
C bao gồm nhưng
hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C
11
-C
15
và phân đoạn gasoil,

với khoảng nhiệt độ sôi từ 250-350
o
C bao gồm những hydrocacbon có số nguyên
tử cacbon trong phân tử từ C
16
-C
20
.
Trong phân đoạn kerosen và gasoil thì các parafin hầu hết tồn tại ở dạng
cấu trúc mạch thẳng không nhánh (n-parafin), dạng cấu trúc nhánh thì rất ít trong
đó hàm lượng các i-parafin có cấu trúc isoprenoid có thể chiếm đến 20-40% trong
tổng số các dạng đồng phân từ C
11
-C
20
. Đáng chú ý là về cuối phân đoạn gasoil,
bắt đầu có mặt những hydrocacbon n-parafin có nhiệt độ kết tinh cao, khi kết tinh
các parafin sẽ tạo ra một bộ khung phân tử, những hydrocacbon khác còn lại ở
dạng lỏng sẽ nằm trong đó, vì vậy, nếu các n-parafin rắn này có nhiều, chúng sẽ
làm cho cả phân đoạn mất tính linh động thậm chí có thể làm đông đặc lại ở những
nhiệt độ thấp.
Những hydrocacbon các lo
ại naphten và thơm trong phân đoạn này bên
cạnh những loại có cấu trúc một vòng và có nhiều nhánh phụ đính xung quanh còn
có mặt các hợp chất 2 hoặc 3 vòng. Trong phân đoạn kerosen, các hợp chất
naphten và aromatic 2 vòng chiếm phần lớn, còn trong phân đoạn gasoil, các hợp
Quan hệ giữa thành phần và tính chất sử dụng của các phan đoạn dầu mỏ
5
chất naphten và aromatic 3 vòng lại tăng lên. Ngoài ra trong kerosen cũng như
trong gasoil đã bắt đầu có mặt các hợp chất hydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp giữa

vòng naphten và aromatic như têtralin và các đồng đẳng của chúng.
Nếu như trong phân đoạn xăng, lưu huỳnh dạng mercaptan chiếm phần chủ
yếu trong số các hợp chất lưu huỳnh ở đó, thì trong phân đoạn kerosen loại lưu
huỳnh mercapten đã giảm đi một cách rõ rệ
t, và về cuối phân đoạn này, hầu như
không còn mercaptan nữa. Thay thế vào đó là lưu huỳnh dạng sunfua và disunfua,
cũng như lưu huỳnh trong các mạch dị vòng. Trong số này, các sunfua vòng no (dị
vòng) là loại có chủ yếu ở phân đoạn kerosen và gasoil.
Các hợp chất chứa oxy trong phân đoạn kerosen và gasoil cũng tăng dần
lên. Đặc biệt ở phân đoạn này, các hợp chất chứa oxy dưới dạng axit, chủ yếu là
axit naphtenic có rất nhi
ều và đạt đến cực đại ở trong phân đoạn gasoil.
Ngoài các axit, các hợp chất chứa oxy trong phân đoạn kerosen và gasoil
còn có các phenol và đồng đẳng của chúng như crezol, dimetyl phenol.
Các hợp chất của nitơ trong phân đoạn này cũng có ít nhưng chúng có thể
nằm dưới dạng các quinolin và đồng đẳng, hoặc các hợp chất chứa nitơ không
mang tính bazơ như Pyrol, Indol và các đồng đẳng của nó.
Trong phân đoạn Kerosen và gasoil bắt đàu có mặt các chất nhự
a. Trong
phân đoạn kerosen số lượng các chất nhựa rất ít, trọng lượng phân tử của nhựa còn
thấp (200-300) trong phân đoạn gasoil số lượng các chất nhựa có tăng lên một ít,
trọng lượng phân tử của nhựa cũng cao hơn (300-400). Nói chúng các chất nhựa
của dầu mỏ thường tập trung chủ yếu vào các phân đoạn sau gasoil, còn trong các
phân đoạn này số lượng chúng rất ít.
II.1.3. Phân đoạn dầu nh
ờn.
Phân đoạn dầu nhờn với khoảng nhiệt độ sôi từ 350-500
o
C bao gồm
những hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C

21
-C
35
(hoặc 40).
Quan hệ giữa thành phần và tính chất sử dụng của các phan đoạn dầu mỏ
6
Những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn, có cấu trúc
phức tạp, đặc biệt là dạng hỗn hợp tăng lên nhanh.
Những hydrocacbon parafin dạng thẳng và nhánh, nói chung ít hơn so với
các hydrocacbon loại naphten, aromatic hay lai hợp, ngay cả trong những dầu mỏ
thuộc họ parafinic cũng thế.
Các iso-parafin thường ít hơn các n-parafin. Các iso-parafin thường có cấu
trúc mạch dài, ít nhánh, và các nhánh phụ chủ yếu là gốc metyl.
Các hydrocacbon loại naphten có lẽ là loại chiếm đa phần trong phân đ
oạn
này, số vòng các naphten này có từ 1 đến 5, đôi khi có 9. Nhưng vòng naphten lại
thường có nhiều nhánh phụ, những loại naphten 1 vòng thường có nhánh phụ dài
và cấu trúc nhánh phụ này thuộc loại ít nhánh. Khi nghiên cứu sự phân bố
hydrocacbon loại naphten và iso-parafin trong phân đoạn dầu nhờn đã được loại
các n-parafin và hydrocacbon thơm của 1 loại dầu mỏ thuộc họ trung gian, cho
thấy các naphten chiếm phần lớn, trong đó nhiều nhất là những loại 2, 3, 4 và 5
vòng.
Thành phầ
n naphten và iso-parafin trong phân đoạn dầu nhờn đã khử n-
parafin và thơm của dầu mỏ họ trung gian.
Loại hydrocacbon % thể tích
- Iso-parafin
- Naphten 1 vòng
- Naphten 2 vòng
- Naphten 3 vòng

- Naphten 4 vòng
- Naphten 5 vòng
- Naphten 6 vòng
- Naphten 7 vòng
- Naphten 8 vòng
- Naphten 9 vòng
26
8
15
15
13
11
7
3
1
1
Các hydrocacbon thơm ở phân đoạn dầu nhờn là những loại có 1, 2 và 3
vòng thơm, còn loại 5 vòng thơm trở lên có rất ít. Đại bộ phận các aromatic trong
phân đoạn dầu nhờn đều nằm dưới dạng lai hợp với vòng naphten.